ES2344059T3 - PROVISION FOR OBTURING AN INTERSTICE BETWEEN A FIRST COMPONENT AND A SECOND COMPONENT. - Google Patents
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Abstract
Description
Disposición para la obturación de un intersticio entre un primer componente y un segundo componente.Provision for the closure of an interstitium between a first component and a second component.
La invención se refiere a una disposición de junta de obturación para ejes con primero y segundo componentes para una turbina para la obturación de un intersticio entre un primer componente y un segundo componente, en la que entre una superficie de obturación del primer componente y una superficie de obturación del segundo componente está dispuesto un elemento de obturación, en la que el primer componente está configurado como un rotor simétrico rotatorio alojado de forma giratoria alrededor de un eje de rotación y el segundo componente está configurado como un estator configurado simétrico rotatorio alrededor del eje de rotación, en la que están previstos medios que están configurados para el desplazamiento del elemento de obturación hacia el primer componente, en la que la superficie de obturación del segundo componente está dispuesta como superficie de guía para el elemento de obturación durante el desplazamiento hacia el primer componente, en la que los medios comprenden un elemento de presión móvil, que está configurado de tal forma que su desplazamiento conduce a un desplazamiento del elemento de obturación y el elemento de presión está dispuesto por medio de un tornillo, que presenta un muelle para el alojamiento elástico del medio de presión en el segundo componente.The invention relates to an arrangement of seal for shafts with first and second components for a turbine for the sealing of an interstitium between a first component and a second component, in which between a sealing surface of the first component and a surface of sealing of the second component an element of shutter, in which the first component is configured as a rotary symmetrical rotor rotatably housed around a axis of rotation and the second component is configured as a rotary symmetric configured stator around the axis of rotation, in which means that are configured are provided for moving the shutter element towards the first component, in which the sealing surface of the second component is arranged as a guide surface for the element shutter while moving to the first component, wherein the means comprise a mobile pressure element, which is configured in such a way that its displacement leads to a offset of the sealing element and the pressure element it is arranged by means of a screw, which has a spring for the elastic housing of the pressure medium in the second component.
Las juntas de obturación para muelles conocidas son, por ejemplo, juntas de obturación laberínticas. Una circulación de fuga es frenada en este caso a través de los llamados labios de obturación. Tales juntas de obturación se emplean en diferentes turbinas.Seal seals for known springs they are, for example, labyrinth seals. A circulation of leakage is braked in this case through the so-called lips of obturation. Such sealing gaskets are used in different turbines
Bajo la designación colectiva de "turbina" se agrupan turbinas de agua, turbinas de vapor y de gas, molinetes, bombas centrífugas y compresores centrífugos así como hélices. Todas estas máquinas tienen en común que sirven para la finalidad de extraer energía de un fluido para accionar de esta manera otra máquina o a la inversa alimentar energía a un fluido para elevar su presión. Como fluido se entienden tanto líquidos como también gases, que pueden realizar movimientos de circulación.Under the collective designation of "turbine" water turbines, steam and gas turbines, windlasses are grouped, centrifugal pumps and centrifugal compressors as well as propellers. All These machines have in common that they serve the purpose of extract energy from a fluid to operate in this way another machine or conversely feed energy to a fluid to raise its Pressure. Fluid means both liquids and gases, They can perform movement movements.
Como en otras turbinas térmicas, las juntas de obturación para ejes cierran herméticamente a través de la carcasa así como los puntos de obturación interiores de las máquina habitualmente por medio de juntas de obturación laberínticas, En el caso de gases combustibles, nocivos o costosos, en cambio, se requiere un cierre totalmente hermética al gas frente al medio ambiente, que no se puede alcanzar con las juntas de obturación laberínticas.As in other thermal turbines, the gaskets of shaft seal tightly close through the housing as well as the internal shutter points of the machine usually by means of labyrinth seals, in the In the case of combustible, harmful or expensive gases, however, requires a completely gas tight seal in front of the medium environment, which cannot be achieved with gaskets labyrinths
Aquí pueden servir de ayuda las juntas de obturación de anillo deslizante o las juntas de obturación con un bloqueo del líquido. En tales disposiciones se realiza la obturación a través de una película de líquido entre un árbol y el taladro de anillos de obturación, que están asegurados contra rotación, pero se pueden mover en dirección radial, para que puedan seguir los desplazamientos del árbol frente a la carcasa. El líquido de bloqueo es alimentado entre dos anillos y sale por el lado del gas y el lado de la atmósfera. Como líquidos de bloqueo se contemplan en primer lugar aceites y agua. En la selección hay que tener en cuenta qué modificaciones puede experimentar el líquido a través de gases liberados, como formación de espuma. Modificación de la viscosidad o reacciones químicas.The boards of slip ring seal or seal joints with a liquid blockage In such arrangements the sealing is performed through a film of liquid between a tree and the drill of sealing rings, which are secured against rotation, but are they can move in radial direction, so they can follow the tree movements in front of the housing. The liquid of blockage is fed between two rings and comes out of the gas side and The side of the atmosphere. As blocking liquids are contemplated in First oils and water. In the selection we must take into account what modifications can the liquid experience through gases released, as foaming. Viscosity modification or chemical reactions.
Evidentemente, la acción de obturación es tanto mejor cuanto más estrecho es el intersticio entre el rotor y el estator. Es deseable que tales disposiciones de junta de obturación estén configuradas de tal forma que se pueda realizar un montaje sencillo de toda la turbina. Por lo demás, debe garantizarse que el rotor es giratorio en el estator en todas las condiciones de funcionamiento. Una manifestación de un intersticio no deseable entre un estator y un rotor está influenciada por fuerzas centrífugas y diferencias de presión así como dilataciones diferentes del rotor y del estator en virtud de fuertes oscilaciones de la temperatura.Obviously, the shutter action is both better the narrower the gap between the rotor and the stator It is desirable that such sealing gasket arrangements are configured in such a way that assembly can be done single of the entire turbine. For the rest, it must be ensured that the rotor is rotating in the stator in all conditions of functioning. A manifestation of an undesirable interstitium between a stator and a rotor is influenced by forces centrifuges and pressure differences as well as dilations different from rotor and stator due to strong oscillations of temperature
Se conocen juntas de obturación, en las que se consigue un efecto de obturación por medio de gas de bloqueo. Para una buena acción de obturación hay que tolerar, en determinadas circunstancias, altos consumos de gas de bloqueo. Por lo demás, se conocen juntas de obturación, en las que se realiza un contacto entre el estator y el rotor. En este caso se conocen las llamadas juntas de obturación de cepillo, cuyo efecto de obturación se da también en el caso de anchuras variables del intersticio.Seals are known, in which achieves a sealing effect by means of blocking gas. For a good shutter action must be tolerated, in certain circumstances, high consumption of blocking gas. For the rest, it they know seals, in which a contact is made between the stator and the rotor. In this case the calls are known brush seals, whose sealing effect is given also in the case of variable widths of the interstitium.
Se conoce a partir de la patente US 2.119.033 un casquillo prensaestopas, como se utiliza para la obturación de ejes giratorios para válvulas. Una configuración igualmente estática se conoce a partir de la publicación alemana DE 26 37 028. A partir de la publicación US 2001/0007632 A1 se conoce la creación de elementos de cierre sustituibles para la reducción al mínimo del intersticio de movimiento entre el rotor y el estator, de manera que estos elementos de desgaste están tensados axialmente por medio de superficies de apoyo inclinadas con efecto radial. Se conoce a partir de la publicación US 2004/0100035 una disposición de junta de obturación para ejes que cede radialmente hacia fuera, que en el caso de un contacto entre el rotor y el estator se reduce al mínimo el potencial de daños. Ninguna de las soluciones descritas muestra cómo se puede mantener casi constante un intersticio de obturación de una disposición de junta de obturación para ejes sobre amplias gamas de temperatura.It is known from US Patent 2,119,033 a stuffing box bush, as used for shaft sealing swivels for valves. An equally static configuration is known from the German publication DE 26 37 028. From publication US 2001/0007632 A1 is known the creation of elements replaceable closure for minimizing interstitium of movement between the rotor and the stator, so that these wear elements are axially tensioned by means of inclined support surfaces with radial effect. Known to as of publication US 2004/0100035 a board provision of shaft seal that radially yields outward, than in the case of a contact between the rotor and the stator is minimized The potential for damage. None of the solutions described shows how a shutter gap can be kept almost constant of a seal joint arrangement for shafts on wide temperature ranges.
Ya se conoce a partir del documento DE 41 07 586
C1 una disposición de junta de obturación para una máquina de
amasar, que prevé un casquillo prensaestopas pretensado
elásticamente de anillos flexibles de politetrafluor-
etileno.Already known from DE 41 07 586 C1 a sealing joint arrangement for a kneading machine, which provides for an elastically prestressed gland bushing of flexible polytetrafluoride rings.
ethylene.
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El cometido de la invención es indicar una disposición para la obturación de un intersticio entre un primer componente y un segundo componente, en la que el intersticio es lo más reducido posible para todas las condiciones de funcionamiento.The purpose of the invention is to indicate a provision for the closure of an interstitium between a first component and a second component, in which the interstitium is what as small as possible for all conditions of functioning.
El cometido se soluciona por medio de una disposición para la obturación de un intersticio del tipo mencionado al principio con las características adicionales de la parte de caracterización de la reivindicación 1.The task is solved by means of a provision for the sealing of an interstitium of the aforementioned type at the beginning with the additional features of the part of characterization of claim 1.
La ventaja de la invención es, entre otras cosas, que el intersticio se puede mantener esencialmente constante entre el primer componente y el segundo componente sobre un intervalo grande de temperaturas. Cuando las temperaturas se elevan fuertemente, el primer componente y el segundo componente se dilatan con frecuencia con diferente intensidad. Un intersticio que se va incrementando sería la consecuencia de ello. Con la inserción se inserta un elemento de obturación, con lo que el intersticio se reduce de nuevo a través de un desplazamiento de un elemento de obturación.The advantage of the invention is, among others things, that the interstitium can be kept essentially constant between the first component and the second component on a large temperature range. When temperatures rise strongly, the first component and the second component dilate often with different intensity. An interstitium that goes away increasing would be the consequence of it. With the insertion insert a shutter element, so that the gap is reduces again through an offset of an element of obturation.
Una ventaja es, entre otras cosas, que una dilatación térmica, que se realiza en una dirección radial, se convierte en un movimiento axial.An advantage is, among other things, that a thermal expansion, which is performed in a radial direction, is It becomes an axial movement.
De acuerdo con la invención, el medio comprende un elemento de presión móvil, que está configurado de tal forma que su desplazamiento conduce a un desplazamiento del elemento de obturación. Un movimiento del primer componente realizado a través de la dilatación de la temperatura del primer componente conduce en este caso a un movimiento del elemento de presión móvil. El movimiento es tal en este caso que éste conduce a un movimiento o bien a un desplazamiento del elemento de obturación en la dirección del intersticio.According to the invention, the medium comprises a mobile pressure element, which is configured such that its displacement leads to a displacement of the element of obturation. A movement of the first component made through of the temperature expansion of the first component leads in this case to a movement of the mobile pressure element. He movement is such in this case that this leads to a movement or either to a shift of the sealing element in the direction of the interstitium
De esta manera, un medio adecuado y al mismo tiempo sencillo puede contrarrestar un movimiento condicionado por la turbina.In this way, a suitable medium and at the same simple time can counteract a movement conditioned by the turbine
En un desarrollo ventajoso, el elemento de presión presenta una primera superficie inclinada frente a una dirección de movimiento del elemento de obturación, que se apoya en una segunda superficie inclinada del elemento de obturación.In an advantageous development, the element of pressure has a first inclined surface facing a direction of movement of the sealing element, which is supported by a second inclined surface of the sealing element.
Un desplazamiento del elemento de presión que conduce a una dirección del movimiento es desviado, por decirlo así, sobre una superficie inclinada común en otra dirección de movimiento. Las superficies inclinadas deben presentar en este caso un ángulo adecuado.A displacement of the pressure element that leading to a direction of movement is diverted, so to speak, on a common inclined surface in another direction of movement. Sloped surfaces must present in this case An appropriate angle.
De esta manera, se indica una posibilidad sencilla para convertir a través de superficies adecuadas y a través de una cierta fricción de deslizamiento los movimientos en una dirección en un movimiento en otra dirección.In this way, a possibility is indicated simple to convert through suitable surfaces and through of a certain sliding friction the movements in a direction in a movement in another direction.
En la invención, el medio de presión está dispuesto por medio de un tornillo que presenta un muelle para el alojamiento elástico del elemento de obturación en el segundo componente.In the invention, the pressure medium is arranged by means of a screw that has a spring for the elastic housing of the sealing element in the second component.
Con esta medida es posible descargar el elemento de presión en la mayor medida posible de fuerzas externas. Como consecuencia de temperaturas variables, se modifica el intersticio entre el primer componente y el segundo componente. Un incremento del intersticio conduce a un movimiento del elemento de presión como consecuencia de una fuerza de resorte. El movimiento del elemento de presión conduce finalmente a un movimiento del elemento de obturación en la dirección del intersticio.With this measure it is possible to download the item of pressure to the greatest extent possible from external forces. How consequence of variable temperatures, the gap is modified between the first component and the second component. An increment of the interstitium leads to a movement of the pressure element as consequence of a spring force. Element movement pressure ultimately leads to a movement of the element of sealing in the direction of the interstitium.
De esta maneras se da una posibilidad sencilla para realizar a través de una fuerza de resorte sencilla un movimiento en una dirección del movimiento.In this way there is a simple possibility to realize through a simple spring force a movement in one direction of movement.
En otra configuración ventajosa, la dirección del movimiento del elemento de presión está esencialmente perpendicular a la dirección del movimiento del elemento de obturación.In another advantageous configuration, the address of the movement of the pressure element is essentially perpendicular to the direction of movement of the element of obturation.
La ventaja está en este caso en que a través de una conversión casi ortogonal de direcciones de movimiento se ahorra espacio de construcción.The advantage is in this case that through an almost orthogonal conversion of movement directions is saved construction space
De acuerdo con la invención, el elemento de obturación está configurado en la dirección circunferencial por varios elementos de obturación individuales dispuestos alrededor del rotor.According to the invention, the element of shutter is set in the circumferential direction by several individual shutter elements arranged around the rotor.
De esta manera, se crea la posibilidad de cubrir a lo largo del eje del rotor una anchura mayor del intersticio. Un incremento del intersticio conduce a una longitud circunferencial incrementada del elemento de obturación. Una reducción del intersticio conduce a una disminución de la periferia del elemento de obturación. Un elemento de obturación configurado como anillos tendría de acuerdo con ello un diámetro mínimo. A través de la división del elemento de obturación en elementos de obturación individuales, que están dispuestos alrededor del rotor, es posible preparar una extensión variable.In this way, the possibility of covering along the axis of the rotor a greater width of the gap. A increased interstitium leads to a circumferential length increased shutter element. A reduction of interstitium leads to a decrease in the periphery of the element shutter A shutter element configured as rings would have accordingly a minimum diameter. Through the shutter element division into shutter elements individual, which are arranged around the rotor, it is possible Prepare a variable extension.
En otra configuración ventajosa, el elemento de presión está configurado en forma de un anillo alrededor del rotor.In another advantageous configuration, the element of pressure is set in the form of a ring around the rotor.
Esta disposición es adecuada para rotores, en los que se puede montar fácilmente un anillo alrededor del rotor.This arrangement is suitable for rotors, in which can easily mount a ring around the rotor.
En otra configuración, el elemento de presión está configurado en al menos dos anillos parciales.In another configuration, the pressure element It is configured in at least two partial rings.
Esta disposición es adecuada para turbinas, en las que no se puede montar fácilmente un anillo alrededor del rotor. A través de la división de todo el anillo en al menos dos anillos parciales, éstos se pueden montar fácilmente.This arrangement is suitable for turbines, in which cannot easily mount a ring around the rotor. Through the division of the entire ring into at least two partial rings, these can be easily mounted.
En un desarrollo ventajoso, el elemento de presión y el elemento de obturación presentan, respectivamente, una superficie cónica, que están configuradas de tal forma que un desplazamiento del elemento de presión provoca un desplazamiento del elemento de obturación.In an advantageous development, the element of pressure and the sealing element have, respectively, a conical surface, which are configured in such a way that a displacement of the pressure element causes a displacement of the shutter element.
De esta manera se da un medio especialmente sencillo para realizar una conversión de direcciones de movimiento. La conversión se realiza en este caso a través de fuerzas puramente mecánicas, que requieren, además, poco espacio de construcción.In this way a medium is given especially Simple to perform a conversion of movement directions. The conversion is done in this case through purely forces mechanical, which also require little construction space.
En una configuración ventajosa, el estator y el elemento de obturación presentan otra superficie, por ejemplo, opuesta a la superficie cónica mencionada anteriormente, que está configurada de tal forma que un desplazamiento del elemento de obturación provoca un apoyo en el estator.In an advantageous configuration, the stator and the sealing element have another surface, for example, opposite to the conical surface mentioned above, which is configured in such a way that a displacement of the element of shutter causes a stator support.
De esta manera se consigue la ventaja de que a través de la selección determinada del ángulo de las superficies cónicas se centra el elemento de obturación. Esto significa que se evita un basculamiento del elemento de obturación, lo que conduciría a un intersticio variable.In this way you get the advantage that through the selected surface angle selection Conical centers the shutter element. This means that it prevents a tilting of the sealing element, which would lead to a variable interstitium.
La utilización de la disposición para la obturación de un intersticio se utiliza de manera más ventajosa en una turbina.The use of the provision for Interstitial filling is used most advantageously in a turbine
A continuación se explica en detalle la invención con la ayuda de ejemplos de realización, que se representan de manera esquemática en el dibujo. Para los mismos componentes y los componentes de funciones idénticas se utilizan en todo el texto los mismos signos de referencia.The following explains in detail the invention with the help of exemplary embodiments, which they represent schematically in the drawing. For them components and identical function components are used in All text the same reference signs.
En este caso:In this case:
La figura 1 muestra una sección a través de una disposición para la obturación de un intersticio.Figure 1 shows a section through a provision for the closure of an interstitium.
La figura 2 muestra una vista lateral de la disposición.Figure 2 shows a side view of the provision.
En la figura 1 se representa una sección a través de una disposición para la obturación de un intersticio 2. Entre una superficie de obturación 3 de un primer componente 4 y una superficie de obturación 5 de un segundo componente 6 está dispuesto un elemento de obturación 7.Figure 1 shows a section a through an arrangement for the sealing of an interstitium 2. Between a sealing surface 3 of a first component 4 and a sealing surface 5 of a second component 6 is arranged a sealing element 7.
Un elemento de presión 8 es alojado sobre un tornillo 9 y un muelle 10 elásticamente en el segundo componente 6. El muelle 10 provoca una fuerza en una primera dirección de movimiento 11. Un movimiento del elemento de presión 8 ejercería a través de una superficie 12 inclinada otra fuerza sobre el elemento de obturación 7. El movimiento del elemento de presión 8 conduciría finalmente a un desplazamiento del elemento de obturación 7 en otra dirección del movimiento 13.A pressure element 8 is housed on a screw 9 and a spring 10 elastically in the second component 6. The spring 10 causes a force in a first direction of movement 11. A movement of the pressure element 8 would exert across an inclined surface 12 another force on the element shutter 7. The movement of the pressure element 8 would lead finally to a shift of the shutter element 7 in another direction of movement 13.
Entre el segundo componente 6 y el elemento de obturación 7 está dispuesta otra superficie inclinada. Esta selección de ángulos adecuados para la primera superficie inclinada y para la otra superficie inclinada 14 lleva a cabo un movimiento no basculante del elemento de obturación 7 en la dirección del intersticio 2.Between the second component 6 and the element of Sealing 7 another inclined surface is arranged. This selection of suitable angles for the first inclined surface and for the other inclined surface 14 performs a movement not tilting of the sealing element 7 in the direction of the interstitium 2.
En el equilibrio termodinámico, la fuerza de resorte del muelle 10 es la primera superficie inclinada 12 y la otra superficie inclinada 14 está seleccionada de tal forma que se configura un intersticio 2 lo más reducido posible. En el caso de una elevación de la temperatura, se dilata el segundo componente 6 en una dirección de dilatación 15. En el caso de una disposición rígida o bien fija del elemento de obturación 7 en el segundo componente 6, esto conduciría a un incremento del intersticio 2. Un movimiento del segundo componente 6 en la dirección de dilatación 15 conduce a un movimiento del elemento de presión 8 debido a la fuerza de resorte del muelle 10 en la primera dirección de movimiento 11. Este desplazamiento del elemento de presión 8 es tal que su desplazamiento conduce a un desplazamiento del elemento de obturación 7 en dirección 13.In thermodynamic equilibrium, the force of spring of the spring 10 is the first inclined surface 12 and the another inclined surface 14 is selected such that it configure a gap 2 as small as possible. In the case of a rise in temperature, the second component 6 expands in a dilatation direction 15. In the case of a provision rigid or fixed of the sealing element 7 in the second component 6, this would lead to an increase in interstitium 2. A movement of the second component 6 in the direction of expansion 15 leads to a movement of the pressure element 8 due to the spring force of the spring 10 in the first direction of movement 11. This displacement of the pressure element 8 is such that its displacement leads to a displacement of the element of shutter 7 in direction 13.
La primera dirección de movimiento 12 y la dirección 13 están en este caso esencialmente perpendiculares entre sí.The first direction of movement 12 and the address 13 are in this case essentially perpendicular between yes.
El primer componente 4 puede estar configurado como un rotor 17 simétrico rotatorio alojado de forma giratoria alrededor de un eje de rotación 16. El segundo componente 6 puede estar configurado como un estator 18 configurado de forma simétrica rotatoria alrededor del eje de rotación 16.The first component 4 can be configured as a rotationally symmetrical rotary rotor 17 housed around an axis of rotation 16. The second component 6 can be configured as a stator 18 symmetrically configured rotating around the axis of rotation 16.
El intersticio 2 puede ser influenciado a través de la selección de materiales adecuados para el elemento de obturación 7, el elemento de presión 8 y del segundo componente. El tamaño del intersticio 2 depende, por lo tanto, de los estados de funcionamiento reinantes.The interstitium 2 can be influenced through of the selection of suitable materials for the element of seal 7, the pressure element 8 and the second component. He Interstitium size 2 therefore depends on the states of reigning operation.
En la figura 2 se representa una vista lateral de la disposición para la obturación de un intersticio entre un rotor y un estator. En la forma de realización representada en la figura 2, el elemento de presión está configurado en forma de un anillo alrededor del rotor 17. Es concebible una configuración del elemento de presión 8 también en forma de dos anillos parciales.A side view is shown in figure 2 of the provision for the sealing of an interstitium between a rotor and a stator. In the embodiment represented in the Figure 2, the pressure element is configured in the form of a ring around the rotor 17. A configuration of the pressure element 8 also in the form of two partial rings.
El elemento de obturación 7 está dividido en la forma de realización representada en la figura 2 en varios, en total ocho elementos de obturación 7 individuales.The shutter element 7 is divided into the embodiment shown in figure 2 in several, in total eight individual shutter elements 7.
En esta forma de realización, el elemento de presión 8 y el elemento de obturación 7 están configurados de tal forma que presentan, respectivamente, una superficie cónica, en la que un desplazamiento del elemento de presión 8 provoca un desplazamiento del elemento de obturación 7.In this embodiment, the element of pressure 8 and the sealing element 7 are configured in such a way form that present, respectively, a conical surface, in the that a displacement of the pressure element 8 causes a seal element offset 7.
Por lo demás, esta forma de realización del estator 18 y del elemento de obturación 7 presenta otra superficie cónica, que está configurada de tal forma que un desplazamiento del elemento de obturación 7 provoca un apoyo en el estator 18.For the rest, this embodiment of stator 18 and the sealing element 7 has another surface conical, which is configured in such a way that a displacement of the sealing element 7 causes a support in the stator 18.
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